指纹密码锁论文

第二章 系统设计

第二章 系统设计

2.1设计原则

根据毕业设计课题的基本要求，同时结合以前课程设计的一些心得体会，我确定了此次毕业设计的基本原则：

第一，模块化设计。根据电路的基本功能，将整个系统分成若干个电路模块， 然后进行对各个模块进行独立设计。各模块之间通过合理的接口电路联系起来。这样，不仅可以降低整体设计的难度，也便于电路的扩展，分析。同时，又能够合理掌握时间进度，确保顺利完成系统的防盗报警监测任务。

第二，智能化设计。系统选择使用80C51系列单片机作为控制核心，用RS232 总线作为网络的总体架构，实现整个系统的网络化、智能化设计。同时选用各种优良算法来进行相关的中断程序的设计，并辅以延时、计数等子程序来弥补硬件电路的缺陷，力争最大限度的降低误报率。

第三，通用性设计。在设计系统时，尽量保持各模块的独立性。并且首先确保系统基本功能的实现，在此基础上，对系统进行功能扩展。同时，考虑到功能扩展的问题，要尽量充分使用I/O接口,避免浪费。

第四，简单化设计。我们再设计当中尽可能的减少接线的连接，简化程序的编写，使我们的设计更加简单易懂，为我们将来对设计成品的修改，改进及二次开发创造便利。

第五，高性价比原则。在进行系统设计时，需要采用各种元器件和芯片。考虑到学校的经济条件，我们选择的标准是“选择最合适的，不选择最好的”。

2.2设计方案的选择

我们所设计的是指纹锁，因此我们必须要对指纹的信息进行判断与控制，对开锁结构的运动进行正确的进给。因此经过思考有了以下两种控制方法。

方案一：采用数字电路控制

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路， 或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数 字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

用以个类型的触发器构成的数字逻辑电路作为指纹锁的核心控制，完成与指纹识别模块进行通讯，判断是否开锁。同样密码开锁时，密码保存在JK触发器中，与输入密码通过比较器比较，判断结果是否相符合。如果我们这样设计的方案好处就是设计简单，但控制的准确性和灵活性差，故不采用。

方案二：采用以单片机为核心的控制方案

选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LED），键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标，因此综合考虑，本系统采用方案二。单片机种类繁多，性能指标，计算速度，性价比更不相同，考虑到本次设计单片机并不承担过于复杂和困难的计算任务，将不选用性能和价钱过高的单片机。因此我们选用常见的80C51单片已能满足设计要求。

2.2系统总设计结构图

指纹识别模块 80C51 单片机 开锁电路 显示电路 报警电路 输入设备 图2－1系统总设计结构图

为了完成设计任务，我们寻找一定功能的若干单元电路构成一个整体，满足题目睥各项性能指标。

因为设计的途径不是唯一的，满足要求的方案也不止一个，所以为得到一个满意的设计方案，往往要针对要求，大量查阅资料、手册等工具，将多个方案进行分析与比较，从分析中找出认识最理想的入手进行设计，这是方案论证过程，再经过设计——验证——再设计多次反复过程，才能达到目的。

总体设计方案用框图表示。主要部分和难点可详细一些，一般部分只能反映设计思想和基本原理就可能了。每一个方框表示一个小的功能单元，用表示信号流向的箭头将各功能单元连接起来，构成一个系统。

本设计主要由单片机、输入设备、显示电路等部分组成。其中指纹识别模块是用来对指纹信息进行采集分析比较，判断指纹的合法性，然后与单片机机进行通讯，完成开锁任务。而输入设备用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可。同样以上的所有设计要求又必须有电源的供给，因此电源也是在我们的设计要求之中。[6]系统整体框图上图2-1所示。

2.3 开锁机构设计

通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。本设计通过P3.0接一个3极管驱动继电器打开电磁阀线圈实现开关门。

当用户输入的指纹或密码是正确而且是在规定的时间及次数输入之内，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。

80C51 信息正确 开锁驱动电路 电磁阀 图2－2 密码锁开锁机构示意图

第三章 主要元器件介绍

第三章 主要元器件介绍

数字电路设计时器件是很重要的，因为器件的选择是否合理直接影响着电路的稳定性，以及成本和成品体积大小等问题。选择器件的原则是：在实现题目要求的前提下所选的器件最小、成本最低。最好采用同一种类型的集成电路，这样不用考虑不同类型器件之间的连接匹配问题。

3.1 80C51单片介绍

80C51是美国Intel公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，它采用了CHMOS工艺，其特点是功耗低。片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（RAM），器件采用标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。20世纪80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式让给世界上许多著名的IC制造厂商，如Philips，西门子，AMD，OKI，NEC，Atmel等，这样就保证8051用户到了21世纪仍具有技术的领先性。因此8051的改进型80C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。[7] 主要性能：

?具有适于控制的8位CPU和指令系统。 ?128B片内RAM。

?21个特殊功能寄存器。 ?32线并行I/O接口。 ?两个16位定时/计数器。 ?一个全双工串行口。

?5个中断源，2个中断优先级的中断机构。 ?4KB片内ROM。

?一个片内时钟振荡器和时钟电路。

?片外可扩展64KB ROM和64KB RAM。 引脚功能：

VCC（40脚）：接+5V电源正端。 Vss（20脚）：接+5V电源地端。 XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2（18脚）：接外部石英晶体的另一端。在单片机的内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端：对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。

P0口（39~32脚）：P0.0~P0.7统称为P0口。在不接片外存储器或扩展I/O接口时，可作为准双向输入输出口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为底8位地址总线和双向数据总线。

P1口（1~8脚）：P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能，P1.0可作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。

P2口（21~28脚）：P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口使用。在外接有外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256KB时，P2口用作高8位地址

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总线。

P3口（10~17脚）：P3.0~P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O接口使用外，P3口还可以将每一位用于第二功能，且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能的输入/输出。P3口第二功能如下： P3.0 RXD 串行输入口 P3.1 TXD 串行输出口

P3.2 INT0 外部中断0（低电平有效） P3.3 INT1 外部中断1（低电平有效） P3.4 T0 定时计数器0 P3.5 T1 定时计数器1

P3.6 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效） P3.7 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当80c51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。

EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上＋12V的编程电压VPP。